全國中小學科展

第56屆--民國105年

旋轉吧!貝殼! -貝殼製造漩渦原理與變因之研究

我們發現貝殼旋轉能產生漩渦,進一步探討變因、原因和應用。研究過程中,我們自製漩渦檢測裝置,設計量化漩渦的方法。經過實驗得出下列結論: 1. 貝殼最佳放置方式為「開口在上、逆開口轉、開口不封」。 2. 製造漩渦效果較好的貝殼形狀為「紡錘形、棍棒形、琵琶形和梨形」。 3. 推薦最佳製造漩渦貝殼為「玉女象法螺」!使用3V電壓時推薦使用「黑長香螺」。 4. 推論貝殼容易製造漩渦的原因為:(1)為雙錐造型;(2)外型有螺旋向上紋路;(3)內部有螺旋向上的螺管。 5. 3D列印貝殼模型與中心縱切片都能製造漩渦。因此可人工大量製造與應用,不會有貝殼生態保育問題。 6. 製造漩渦貝殼可應用於「中心縱切片取代螺旋槳、360度打氣機、貝殼旋轉冷靜瓶」。

會做仰臥起坐的葉子──記憶彈性葉脈的加工

看過噴水後會舒張的葉脈人造花手工藝產品,我們試著重現並透過各種研究來找到SOP標準製造流程,達到又快、又有效果的量產目的。研究發現「桂花葉」用強鹼煮爛葉肉,保留葉脈的效果最佳、選擇「中年葉」搭配「泡水搓揉法」成功率最高。在「未加工的乾燥情況」下,葉子因為形狀記憶回彈60%角度,「噴水後」葉脈纖維吸水、恢復形狀,額外伸展1/3角度。 在「強鹼環境」加工,吸水恢復角度提高3度、速度沒有明顯差異。「強鹼且加入雙氧水」再次加工後,乾燥情況自然回彈率大幅降低,吸水恢復角度可達90度以上,吸水延伸速度快未加工組3倍,有顯著效果,證實「強鹼有氧環境下,纖維素成為鹼化纖維素達到『絹化』,柔軟度提高、吸水力增強」的效果。

護脊行不行!搖一搖就知道

我們的研究主要在於自製出一個可以檢測脊椎側彎的工具,用來檢測各種形式的護脊書包的護脊效果,並使用壓力感測器測量各式書包,它在我們人體各部位的壓力值,從中我們可以探討出造成脊椎側彎的關鍵因素為何?最後我們找出了最佳的護脊背墊,也研究出可以將普通書包改良成護脊書包的方式。

「四」是而「飛」──基於Arduino的四軸飛行器之探討

近年來Maker風氣盛行,四軸飛行器成為時下熱門的話題,玩家們藉由自行組裝四軸飛行器,學習其中運作原理。而我們希望以較低的製作成本,達到與市面上現成品相同,或更進階的功能。而選擇使用Arduino做為控制,開放原始碼的專案也讓零件及軟體的選擇更有彈性。我們在製作過程中,了解自行組裝的四軸飛行器會遇到那些問題,及飛行時不穩定的現象,在實際組裝一台四軸飛行器的過程中,也一一解決所遇到的困難。組裝完成後,我們也以不同的方式測試其穩定性,利用Arduino飛行控制板,紀錄數據,在每次飛行後,分析飛行數據,藉由改變零件位置配置,並探討組裝後不穩定的原因。

拉丁「圍」機

每行每列恰有m個格子填入1,其他的格子皆填入0的方陣,稱為m–(1,0)拉丁方陣。本研究要探討以下問題:求最小的非負整數a,使得所有n階的m–(1,0)拉丁方陣中,都存在一個k×k正方形,其內數字和不超過a。 藉由程式得到答案之後,再針對不同的n,k值討論。k整除n時可經由簡單的估計和構造得到答案,但k不整除n時,經由估計得到的上界,和構造得到的答案卻不盡相同,因此必須再配合壓界的方式得到最後的精確值。目前解決了m=1和m=2的情形,未來將繼續著手處理更一般化的結果,也就是當給定任意n,m,k時,都能得到答案。

以固定化大腸桿菌檢測水中銅離子

本研究將可偵測銅離子的基因轉殖大腸桿菌固定化(包埋)於微膠囊中,使其偵測到銅離子後可發出綠色螢光。固定化大腸桿菌相較於游離培養大腸桿菌,有安全機制、穩定反應等優點,因此適合作為檢測銅離子的生物檢測器。本研究目的在於,提升固定化大腸桿菌的性能,有以下測試面向:基因轉殖大腸桿菌的生長率與綠色螢光表現量、微膠囊的銅離子吸附力與利用SEM、EDS分析微膠囊結構。結果顯示,海藻酸鈉較適合做為包埋的材料,固定化大腸桿菌適合置於低溫下保存,但於室溫下反應的活性較佳;基因轉殖大腸桿菌的綠色螢光表現量隨著銅離子濃度上升而提高;微膠囊在pH9及冷凍乾燥處理時有較好的銅離子吸附力。

粉色珍珠‒探討福壽螺卵中蝦紅素的抗氧化、抗紫外線及殺菌的能力

本研究主要是利用水萃取福壽螺卵中的蝦紅素,並利用硫酸亞鐵及碘滴定法,以維生素C做為比對標準,來判斷蝦紅素抗氧化能力之強弱,接著再利用大腸桿菌及葡萄球菌來檢測其抗UV和抑菌的能力,實驗結果顯示不管以硫酸亞鐵或者以碘液滴定法,都可以證實蝦紅素具有抗氧化的能力,但是維生素C的抗氧化能力比水萃取的蝦紅素好。也證實原液蝦紅素具有抗UV的能力,但抑菌能力要進一步確定。

「液」滴不剩─按壓瓶的探究與改良

按壓瓶是生活中用來裝乘液體的常見容器,但我們往往會在被丟棄的瓶子裡發現殘餘液體,實在浪費。故本研究主要是想了解有哪些因素會影響按壓瓶最後剩餘的液體量,並透過比較與改善,做出實用的按壓瓶應用在生活中。我們嘗試從瓶內吸管的種類、口徑大小、長度、切口角度以及瓶底的傾斜情形等方面來探討它們與瓶內剩餘液體量之間的關係。研究結果顯示,軟式吸管最適合用來當作按壓瓶內的吸管種類,當吸管的口徑越小、切面呈現平口且長度大於壓頭到瓶底距離時,瓶內剩餘的液體量會最少。此外,我們也發現瓶底越傾斜,有助於吸管吸取液體,能降低瓶內液體的剩餘比率。因此,只要能在按壓瓶的結構上略作改變,就能有效利用資源、避免浪費。

以地殼均衡理論模擬臺灣地殼模型

本研究利用地殼均衡理論研究臺灣地區合理的大陸地殼組成,以討論造山運動進行中的臺灣是否已達地殼均衡。由地殼均衡理論模擬大陸地殼的組成模型中,顯示以花岡岩、安山岩及玄武岩等三種岩石比例組成之模型最為接近現實中的地形高度。研究結果顯示,大陸地殼的組成以安山岩質為主,而花岡岩質與玄武岩質的相對比例之多寡則與當地的初始岩性為何者有關。臺灣玉山因岩性以板岩、片岩等密度較低的變質岩為主,故其大陸地殼組成比例呈現花岡岩質較玄武岩質高。臺灣由於受到弧陸碰撞的斜碰撞、以及碰撞點由北往南遷移的影響,模擬計算的海拔高度減去現實海拔高度所呈現之結果為該值由北向南增加,顯示受弧陸碰撞影響的造山運動之活躍度正由北往南遞增。

「紙」碎「精」迷~跳躍在紙間的精靈

本實驗依據自然課程:「再生紙製作」、「毛細現象」、「氣體擴散作用」等教學單元作為相關背景知識的依據,並運用生活被丟棄的材料回收再利用,例如:各種回收紙、吸管、空瓶,設計出在校園內容易DIY製作的精油擴香器,以取代市面上需要插電、燃燒或以非環保原料製作的商品。實驗中分析了不同材質、平整度的手抄紙之毛細現象結果,並進一步分析粗細不同的擴香器對精油的擴散效率。最後證明本實驗設計出的牛奶盒手抄紙擴香器其效果與實用性優於市面上的擴香竹,不同粗細的形狀也可滿足對擴香效率快慢不同的需求。不但可以應用在室內芳香,更可搭配天然驅蚊精油方便使用於學校各個角落,以天然環保的方式來應用。